全世界的電池越來越多。2022 年，電動(dòng)汽車全球銷量占比超過 10%，到 2030 年有望達(dá)到 30%。

世界各地的政策只會加速這種增長：美國最近的氣候立法正在向電池制造投入數(shù)十億美元，并鼓勵(lì)購買電動(dòng)汽車。歐盟和美國的幾個(gè)州通過了從 2035 年禁止燃油車的禁令。

這種轉(zhuǎn)變將需要大量的電池，以及更好、更便宜的電池。如今，大多數(shù)電動(dòng)汽車都由鋰離子電池供電，這項(xiàng)技術(shù)已有幾十年的歷史，被廣泛用于筆記本電腦和手機(jī)。

這么多年的發(fā)展也幫助壓低了價(jià)格，提高了性能，所以今天的電動(dòng)汽車正接近燃油車的價(jià)格，每次充電可以行駛數(shù)百公里。

人們通過鋰離子電池也發(fā)現(xiàn)了新的應(yīng)用，包括電網(wǎng)上的電力存儲、可以幫助平衡風(fēng)能和太陽能等間歇性可再生能源等。

圖 | 寶馬計(jì)劃在南卡羅來納州的新工廠投資 17 億美元，生產(chǎn)電動(dòng)汽車及其電池（來源：AP PHOTO/SEAN RAYFORD）

但目前仍有很大的改進(jìn)空間。科研實(shí)驗(yàn)室和公司都在尋找改進(jìn)技術(shù)的方法，提高容量、加快充電時(shí)間和削減成本。

研究的目標(biāo)是用上更便宜的電池，為電網(wǎng)提供廉價(jià)的存儲方案，并允許電動(dòng)汽車在充電后行駛更遠(yuǎn)的距離。

與此同時(shí)，對鈷和鋰等關(guān)鍵電池材料供應(yīng)的擔(dān)憂，正在推動(dòng)尋找鋰離子化學(xué)材料的替代品。

在對電動(dòng)汽車和可再生能源的需求飆升、以及電池發(fā)展的激增之中，有一件事是肯定的：電池將在向可再生能源的過渡中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

徹底的重新思考

一些截然不同的電動(dòng)汽車電池生產(chǎn)方法可能會在 2023 年取得進(jìn)展，盡管它們可能需要更長的時(shí)間才能產(chǎn)生商業(yè)影響。

2023 年需要關(guān)注的一個(gè)進(jìn)展是所謂的固態(tài)電池。鋰離子電池和相關(guān)的化學(xué)物質(zhì)使用液體電解質(zhì)來循環(huán)充電，固態(tài)電池用陶瓷或其他固體材料取代了液體。

這種轉(zhuǎn)變開啟了向更小的空間注入更多能量的可能性，有可能改善電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。固態(tài)電池也可以更快地移動(dòng)電荷，這意味著更短的充電時(shí)間。

固態(tài)電池的支持者還認(rèn)為，這種技術(shù)可以通過降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)來提高安全性，因?yàn)殡娊赓|(zhì)中使用的一些溶劑可能是易燃的。

固態(tài)電池可以使用多種化學(xué)物質(zhì)，但商業(yè)化的主要候選者是使用金屬鋰。例如，Quantumscape 公司專注于這項(xiàng)技術(shù)，并在 2020 年上市前籌集了數(shù)億美元的資金。該公司與大眾汽車達(dá)成了一項(xiàng)協(xié)議，預(yù)計(jì)到 2025 年將其電池安裝到大眾旗下的汽車上。

但事實(shí)證明，完全重塑電池是很困難的。除了制造方面的難題，人們還擔(dān)心隨著時(shí)間的推移，鋰金屬電池會退化。

Quantumscape 公司于 2022 年 12 月底宣布，已將樣品交付汽車合作伙伴進(jìn)行測試，這有望成為固態(tài)電池正式上路的一個(gè)重要里程碑。

其他固態(tài)電池玩家，比如 Solid Power 也在努力制造和測試他們的電池。不過，盡管這些公司也可能在 2023 年實(shí)現(xiàn)重大進(jìn)展，但它們的電池大概不會在今年上路使用。

固態(tài)電池并不是唯一需要注意的新技術(shù)，鈉離子電池技術(shù)也與今天常見的鋰離子截然不同。

這些電池的設(shè)計(jì)類似于鋰離子電池，包括使用了液體電解質(zhì)等，但它們不依賴于鋰，而是使用鈉作為主要的化學(xué)成分。

據(jù)報(bào)道，中國電池巨頭寧德時(shí)代計(jì)劃在 2023 年開始大規(guī)模生產(chǎn)這些電池。鈉離子電池可能不能提高性能，但它們可以降低成本，因?yàn)樗鼈円蕾囉诒蠕囯x子化學(xué)材料更便宜、更廣泛的材料。

但目前尚不清楚這些電池，能否滿足電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程和充電時(shí)間的需求，這就是為什么一些追求這項(xiàng)技術(shù)的公司比如美國的 Natron，瞄準(zhǔn)了要求較低的應(yīng)用，如固定存儲或電動(dòng)自行車和摩托車等中小型移動(dòng)設(shè)備。

能源研究機(jī)構(gòu) BloombergNEF 的能源存儲主管彌生世金（Yayoi Sekine）指出，如今針對固定電網(wǎng)存儲的電池市場規(guī)模很小，大約是電動(dòng)汽車電池市場規(guī)模的十分之一。

但是，隨著安裝更多的可再生能源，對電力儲存的需求正在增長，因?yàn)轱L(fēng)能和太陽能等主要的可再生能源是不可控的，而電池可以在需要的時(shí)候幫助儲存能源。

鋰離子電池并不是理想的固定存儲，盡管它們被廣泛使用。雖然電動(dòng)汽車的電池更小、更輕、更快，但固定存儲的主要目標(biāo)是降低成本。大小和重量對電網(wǎng)存儲并不重要，這意味著不同的化學(xué)物質(zhì)很可能受到青睞。

在固定儲存領(lǐng)域，鐵也受到了格外關(guān)注。兩家公司可能會在未來一年間宣布進(jìn)展：Form Energy 公司正在開發(fā)一種鐵-空氣電池，它使用水基電解質(zhì)，本質(zhì)上是通過可逆生銹來儲存能量。

該公司最近宣布，將在美國西弗吉尼亞州的威爾頓成立一個(gè)價(jià)值 7.6 億美元的制造工廠，計(jì)劃于 2023 年開始建設(shè)。

另一家名為 ESS 的公司正在制造一種不同類型的鐵電池，采用類似的化學(xué)成分。它已經(jīng)開始在美國俄勒岡州威爾遜維爾的總部進(jìn)行生產(chǎn)。

標(biāo)準(zhǔn)的改變

鋰離子電池越來越好，也越來越便宜，但研究人員正在進(jìn)一步調(diào)整技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更高的性能和更低的成本。

其中一些動(dòng)機(jī)來自于電池材料的價(jià)格波動(dòng)，這可能會促使企業(yè)改變化學(xué)成分?！斑@是一個(gè)成本游戲，”Sekine 說。

陰極通常是電池中最昂貴的部件之一，而一種被稱為鎳錳鈷（nickel manganese cobalt）的陰極是當(dāng)今電動(dòng)汽車電池使用的主要材料。

但除了鋰之外，這三種元素都很昂貴，所以削減部分或全部元素可能有助于降低成本。

2023 年我們可能看到替代方案的突破：磷酸鐵鋰（lithium iron phosphate），這是一種低成本的陰極材料，有時(shí)被用于鋰離子電池。

最近在磷酸鐵鋰化學(xué)和制造方面的新成果，幫助提高了這些電池的性能，企業(yè)也開始采用這項(xiàng)技術(shù)。磷酸鐵鋰的市場份額正在迅速增長，從 2018 年全球電動(dòng)汽車市場的約 10% 上升到 2022 年的約 40%。

特斯拉已經(jīng)在一些汽車上使用了磷酸鐵鋰電池，福特和大眾等汽車制造商宣布，他們也計(jì)劃開始為一些車型提供這種電池。

雖然電池的研究傾向于集中在陰極化學(xué)上，但陽極也不容忽視。如今，無論陰極的組成如何，鋰離子電池中的大多數(shù)陽極都使用石墨來容納鋰離子。但硅等替代品可能有助于提高能量密度，加快充電速度。

硅陽極多年來一直是研究的對象，但從歷史上看，它們的壽命還不足以支撐大型產(chǎn)品。不過，現(xiàn)在各公司正開始擴(kuò)大這種材料的生產(chǎn)。

2021 年，初創(chuàng)公司 Sila 開始為可穿戴健身設(shè)備的電池生產(chǎn)硅陽極。該公司最近獲得了美國能源部提供的 1 億美元撥款，用于幫助在華盛頓的摩西湖市建立一個(gè)制造工廠。該工廠將為 Sila 與奔馳的合作生產(chǎn)產(chǎn)品，預(yù)計(jì)將從 2025 年開始生產(chǎn)電動(dòng)汽車電池的材料。

其他初創(chuàng)公司正在努力將硅和石墨混合在一起，形成陽極。比如 Sionic Energy公司，以及與通用汽車合作的 OneD Battery Sciences 公司，都有望在 2023 年進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

政策決定產(chǎn)品

2022 年底，美國通過了《降低通貨膨脹法案》，為氣候和清潔能源撥出了近 3700 億美元的資金，其中包括數(shù)億美元用于電動(dòng)汽車和電池制造?！懊總€(gè)人都在關(guān)注這項(xiàng)法案，”麻省理工學(xué)院的材料研究人員、多家電池公司的創(chuàng)始人蔣業(yè)明（Yet Ming Chiang）表示。

《降低通貨膨脹法案》將向美國的電池制造商提供貸款和資助，以提高產(chǎn)能。此外，該法律中的電動(dòng)汽車稅收抵免，鼓勵(lì)汽車制造商從美國或其自由貿(mào)易伙伴那里采購電池材料，并在北美生產(chǎn)電池。

由于《降低通貨膨脹法案》的補(bǔ)助和電動(dòng)汽車稅收抵免限制，汽車制造商將繼續(xù)宣布在美國補(bǔ)充新的產(chǎn)能，并尋找材料方面的新方法。

所有這些都意味著，人們對鋰離子電池的關(guān)鍵成分的需求將會越來越多，包括鋰、鈷和鎳。

由該法案可能帶來的一個(gè)結(jié)果是，人們對電池回收的興趣正在增加。雖然短期內(nèi)沒有足夠的淘汰電動(dòng)汽車，來滿足對于一些關(guān)鍵材料的需求，但回收利用正開始升溫。

在這方面，寧德時(shí)代和其他中國公司在電池回收方面處于領(lǐng)先地位。不過在 2023 年，北美和歐洲等其他主要電動(dòng)汽車市場可能會出現(xiàn)顯著增長。

總部位于美國內(nèi)華達(dá)州的 Redwood Materials 和總部位于加拿大多倫多的 Li-Cycle 公司正在建設(shè)設(shè)施，并致力于分離和凈化鋰和鎳等關(guān)鍵的電池金屬，以便在電池中重復(fù)使用。

Li-Cycle 公司將于 2023 年開始調(diào)試其主要回收設(shè)施。Redwood Materials 公司則已經(jīng)開始在內(nèi)華達(dá)州的工廠生產(chǎn)一種銅箔作為其首款產(chǎn)品。最近它還宣布，計(jì)劃從 2023 年開始在南卡羅來納州建造第二家工廠。

總體來說，通過全球各地政策所注入的大量資金，推動(dòng)了對電動(dòng)汽車及其電池的需求，因此對于電池產(chǎn)業(yè)來說，2023 年將是值得關(guān)注的一年。

更多信息可以來這里獲取==>>電子技術(shù)應(yīng)用-AET<<